JP5881820B2 - 混合粉末の高密度成形方法および高密度成形装置 - Google Patents
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Description
本混合粉末の高密度成形装置1は、図1〜図8に示す如く、混合粉末供給機10と第1の加圧成形機20と加熱昇温機30と第2の加圧成形機40とを具備し、基金属粉末に低融点の潤滑剤粉末を混合した混合粉末100を第1の金型(下型21)に充填する混合粉末充填工程(PR1)、第1の金型(下型21)内で加工成形機20のスライド1に取り付けられた上型25により混合粉末100に第1の加圧力P1を加えて突出部分110Aを有する形態の混合粉末中間圧縮体(以下では、中間圧粉体110という場合もある。)を成形する中間圧粉体成形工程(PR2)、第1の金型(下型21)から取出された中間圧粉体110を加熱して当該潤滑剤粉末の融点相当温度に積極的に昇温する加熱昇温工程(PR3)、加熱された中間圧粉体110を第2の金型(下型41)内にセットする工程(PR4)および第2の金型(下型41)内で加工成形機40のスライド5に取り付けられた上型45により中間圧粉体110に第2の加圧力P2を加えて突出部分110Aを加圧方向に潰し圧縮しつつ加圧成形して高密度で所期形態の混合粉末完成圧縮体(以下では、完成圧粉体120という場合もある。)を完成する完成圧粉体成形工程(PR5)からなる本混合粉末の高密度成形方法を、安定・確実に実施することができ、加圧能力を有効利用しつつ基金属粒子および液状潤滑剤の流動円滑化を促進しながら高品質圧粉体を円滑に実際製造可能に形成されている。
基金属粉末(磁心用ガラス質絶縁被膜被覆鉄粉末)と0.2wt%の潤滑剤粉末(ステアリン酸亜鉛粉末)を混合してサラサラ状態の混合粉末100を調達する。所定量だけ混合粉末供給機10に補給する(図1の工程PR0)。
所定タイミングにおいて、混合粉末供給機10が図3Bに示すように所定位置(実線)から補給位置(破線)に移動される。次いで、混合粉末供給機10の供給口が開放され、第1の加圧成形機20の空の下型21(キャビティ22)内に定量の混合粉末100が充填される(図1の工程PR1)。例えば2秒間で充填できる。充填後に供給口が閉鎖され、混合粉末供給機10は所定位置(実線)に戻る。図7の(A1)に示す場合は、充填された混合粉末100の下方部が下パンチ21PDの上面形状(上端面21PDS)に応じた逆さ山形形状となり、上方部はすり切りによる水平形状とされる。
図2のスライド5とともに第1の加圧成形機20の上型25が下降して下型21(キャビティ22)内の混合粉末100を第1の加圧力P1で加圧する第1の加圧成形処理が始まる。固形状の潤滑剤は十分な潤滑作用を営む。圧縮された中間圧粉体110の密度ρは、図4の特性A(破線)にしたがって高くなる。第1の加圧力P1が横軸指数(例えば、30)相当の圧力(3.0Ton/cm2)になると、真密度比が85%つまり密度ρが6.63g/cm3(縦軸指数87相当)に高まる。例えば8秒間の加圧成形が終了すると、図3Aに示すように第1の金型(下型21)内に中間圧粉体110が成形されている(図1の工程PR2)。その後、スライド5により上型25が上昇する。因みに、第2の加圧成形機40では、先の中間圧粉体110に関する第2の加圧成形処理が同期して行われている。
図7の(A1)に示す第1の加圧成形の場合は、図7の(A2)に示す突出部分110Aを有する形態の中間圧粉体110が成形される。
第1の取出装置(可動部材23)が働き、中間圧粉体110が移送レベルHLに突き上げられる。つまり、下型21から取出される。すると、図3Bに示すように、ワーク移送装置50が働き、その送りバー51により中間圧粉体110は加熱昇温機30へ向けて移送される。この段階で、可動部材23が下方の初期位置に戻される。移送後の中間圧粉体110は、図3Aに示す如く金網状保持部材32上に位置決めされている。
図3Aにおいて、加熱昇温機30が起動する。吹付けフード31から温風が吹付けられ中間圧粉体110は、潤滑剤粉末の融点相当温度(例えば、120℃)に昇温される(図1の工程PR3)。つまり、潤滑剤が溶解され、その流動により中間圧粉体110内の潤滑剤分布を均一的に改変する。加熱昇温時間は例えば8〜10秒である。なお、温風は金網状保持部材32、排気循環フード33を通して再循環利用される。図7の(A2)に示す突出部分110Aを有する形態の中間圧粉体110の場合も同様に加熱昇温される。
昇温された中間圧粉体110は、図3Bに示すように、ワーク移送装置50(送りバー52)により第2の加圧成形機40へ移送され、下型41の上方に位置決めさられ、下型41(キャビティ42)内の可動部材43上にセットされる(図1の工程PR4)。図7の(B1)の場合は、上型が上パンチ45Pで、下型がダイス41Dおよび下パンチ41Pである。
第2の加圧成形機40において、起動選択されている場合は、第2の暖機装置47が働く。中間圧粉体110を受入れる(セットされる)以前に、金型(ダイス41D)を潤滑剤粉末の融点相当温度(120℃)に暖める。その後に受入れた昇温済み中間圧粉体110内の潤滑剤の再固形化を防止することができる。図7の(B1)の場合は、ダイス41Dに、第2の暖機装置(ヒーター)47を設けておけばよい。
図2のスライド5とともに上型45が、図3Aに示すように下降して下型41(キャビティ42)内の中間圧粉体110を第2の加圧力P2で加圧し始める。液状の潤滑剤が十分な潤滑作用を営む。特に、加圧成形の進行に伴い潤滑剤が全方向に流出する発汗現象が発生する。基金属粒子間のみならず粒子と金型との摩擦抵抗力を効率よく軽減できる。圧縮された中間圧粉体110の密度ρは、図4の特性Bにしたがって高くなる。つまり、第2の加圧力P2が横軸指数(例えば、30…加圧力3.0Ton/cm2)を超えると、密度ρが6.63g/cm3から急激に縦軸指数102相当の密度ρ(7.75g/cm3)に高まる。第2の加圧力P2を横軸指数100(10Ton/cm2)まで上げると、密度ρ(7.75g/cm3)は全体的に均一となる。例えば、8秒間の第2の加圧成形処理が終了すると、第2の金型(下型41)内に完成圧粉体120が成形されている(図1の工程PR5)。その後、スライド5により上型45が上昇する。なお、第1の加圧成形機20では、後の中間圧粉体110に関する第1の加圧成形処理が同期して行われている。
図7の(B1)の場合は、スライド下降により上パンチ45PUから下パンチ41PD側に第2の加圧力P2を付与すると、図8に示す中間圧粉体110の上面側と下面側の突出部分110Aとの間に大きな圧縮力が加わる。中央部分(突出部分110A)に加わる単位面積当たりの加圧力が大きいので、中間圧粉体110の基金属粒子および液状潤滑剤は上面中央ポイントPuから全方向かつ斜め下向き方向に押出流動され、下面中央ポイントPdから全方向かつ斜め上向き方向に押出流動される。かくして、円滑かつ確実な流動が担保される。安定かつ迅速な圧縮効果を助長することができる。突出部分110Aは、次第に押し潰されつつ円板形状に近づき、最終的には図7の(B2)[図6の(B)]に示す所定形状で高品質の完成圧粉体120を完成することができる。
第2の取出装置(可動部材43)が働き、完成圧粉体120が移送レベルHLに突き上げられる。つまり、下型41から取出される。すると、図3Bに示すように、ワーク移送装置50が働き、その移送バー53により完成圧粉体120は排出シュータ59に向けて移送される。この段階で、可動部材43が下方の初期位置に戻される。縦軸指数102に当たる密度ρ(7.75g/cm3)の完成圧粉体120は、潤滑剤粉末が低融点であるからガラス質が変質・溶解することが無い。よって、渦電流損失が小さく、磁束密度を高められる高品質の磁心用圧粉体を能率よく製造することができると理解される。
以上の各工程による高密度成形方法によれば、順番に供給充填される金属粉末(混合粉末100)についての第1の加圧成形処理、加熱昇温処理および第2の加圧成形処理を同期実行できるので、最長の加熱昇温処理時間(例えば、10秒)にワーク移送時間(例えば、2〜4秒)を加えた12〜14秒のサイクル時間で高密度圧粉体(完成圧粉体120)を製造することができる。従来例における30分以上の高温焼結処理時間だけとの比較においても、製造・生産時間を飛躍的に向上できると理解される。例えば、小型軽量複雑形状で機械的強度の高い自動車用部品や、磁気特性および機械的強度が優れた電磁機器用部品の供給を安定化できそれらの生産コストの低減にも大きく貢献できる。
この実施の形態は、図10に示されている。第1の実施形態の場合に比較して、混合粉末供給機10および第1の加圧成形機20はそのままとし、加熱昇温機30と第2の加圧成形機40とを一体的に形成したことを特徴とする。
10 混合粉末供給機
20 第1の加圧成形機
30 加熱昇温機
40 第2の加圧成形機
47 第2の暖機装置
48 複合機能型加熱装置
50 ワーク移送装置
70 加熱加圧成形機
70A,70B 加熱加圧成形子機
100 混合粉末
110 中間圧粉体(混合粉末中間圧縮体)
110A 突出部分
110B 突出部分
120 完成圧粉体(混合粉末完成圧縮体)
Claims (8)
- 基金属粉末に融点が90〜190℃の潤滑剤粉末を混合粉末全量の0.08〜0.23wt%だけ混合した混合粉末を第1の金型に充填し、
該第1の金型内で混合粉末に第1の加圧力を加え、かつ、該第1の加圧力を加えた状態で潤滑剤が固形状を維持する温度で混合粉末完成圧縮体の形態に比較して加圧方向に突出する1または複数の突出部分を有する形態の混合粉末中間圧縮体を成形し、
該第1の金型から取出した混合粉末中間圧縮体を加熱昇温して該混合粉末中間圧縮体に含まれる潤滑剤粉末を液化し、
該昇温済の混合粉末中間圧縮体を第2の金型にセットし、
該第2の金型内で該昇温済の混合粉末中間圧縮体に第2の加圧力を加えて突出部分を加圧方向に潰し圧縮しつつ加圧成形して高密度で所期形態の混合粉末完成圧縮体を完成する、ことを特徴とする混合粉末の高密度成形方法。 - 前記混合粉末完成圧縮体が中実かつ単純形状の形態である場合は前記突出部分が当該混合粉末中間圧縮体の平面中央部分に成形されている、請求項1記載の混合粉末の高密度成形方法。
- 前記第2の金型が混合粉末中間圧縮体の受入れ以前に前記潤滑剤粉末の融点相当温度に暖機される、請求項1または請求項2に記載された混合粉末の高密度成形方法。
- 前記第2の加圧力が前記第1の加圧力と等しい値に選択されている、請求項1または請求項2に記載された混合粉末の高密度成形方法。
- 基金属粉末に融点が90〜190℃の潤滑剤粉末を混合粉末全量の0.08〜0.23wt%だけ混合した混合粉末を外部に供給充填可能な混合粉末供給機と、
該混合粉末供給機を用いて第1の金型に充填された混合粉末に第1の加圧力を加え、かつ、該第1の加圧力を加えた状態で潤滑剤が固形状を維持する温度で混合粉末完成圧縮体の形態に比較して加圧方向に突出する1または複数の突出部分を有する形態の混合粉末中間圧縮体を成形する第1の加圧成形機と、
該第1の金型から取出された混合粉末中間圧縮体を加熱し該混合粉末中間圧縮体に含まれる潤滑剤粉末を液化させる加熱昇温機と、
第2の金型にセットされた加熱済の混合粉末中間圧縮体に第2の加圧力を加えて突出部分を加圧方向に潰し圧縮しつつ加圧成形して高密度で所期形態の混合粉末完成圧縮体を完成する第2の加圧成形機と、を具備してなる、混合粉末の高密度成形装置。 - 前記加熱昇温機と前記第2の加圧成形機とをこれら機能を一体的に組み込んだ加熱加圧成形機から形成するとともに、加熱加圧成形機を複数台の加熱加圧成形子機から形成しかつ各加熱加圧成形子機をサイクル毎に選択順次動作可能に形成されている請求項5記載の混合粉末の高密度成形装置。
- 前記第2の金型を暖機する暖機装置をさらに有する請求項5記載の混合粉末の高密度成形装置。
- 前記第1の加圧成形機で成形された前記混合粉末中間圧縮体を前記加熱昇温機に移送し、前記加熱昇温機で加熱された前記混合粉末中間圧縮体を前記第2の加圧成形機まで移送し、かつ前記第2の加圧成形機で成形された前記混合粉末完成圧縮体を排出部まで移送するワーク移送装置をさらに有する請求項5記載の混合粉末の高密度成形装置。
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